Teknologi ekologis: betapa buangan beracun ICE berubah menjadi “aroma ungu”

Adsorben dan katalis, probe dan filter, tangki dan sarang lebah keramik - sebuah perusahaan mini untuk pengolahan limbah kimia tersembunyi di bawah kap mobil modern yang ditenagai oleh bahan bakar hidrokarbon. Hari ini kita akan menyentuh pada topik teknologi yang dibuat sesuai dengan persyaratan standar lingkungan yang berubah dengan cepat, kita akan memahami bagaimana knalpot beracun ICE dinetralkan dan mencoba menilai prospek kelangsungan hidup segmen pasar mobil ini dengan mempertimbangkan tren global yang ada.



Pada akhir tahun lalu, pemerintah Jerman mengumumkan bahwa pada tahun 2050 tidak akan ada mobil dengan mesin pembakaran internal, yang segera menjadi salah satu alasan bagi negara untuk bergabung dengan aliansi internasional ZEV (Zero-Emission Vehicle), yang tujuan ambisiusnya adalah untuk secara drastis mengurangi emisi rumah kaca gas pada skala planet. Dan untuk produsen mobil pada bahan bakar hidrokarbon, ini lebih dari tantangan yang jelas yang dengan jelas mendefinisikan prioritas utama untuk bertahan hidup - pengembangan cara yang efektif untuk mengurangi toksisitas emisi mobil.

Dan mengapa, pada kenyataannya, untuk menetralkan gas buang - Anda bertanya? Sejauh yang kita tahu dari kursus kimia sekolah, karbon dioksida dan air terbentuk sebagai hasil dari pembakaran bahan bakar organik. Tetapi karbon dioksida jauh dari produk paling berbahaya dari reaksi yang terjadi di ruang ICE. Pertama: bahan bakar tidak terbakar sepenuhnya, dan proses pembakaran disertai dengan pembentukan zat yang sangat beracun - karbon monoksida (CO) dan, di sepanjang jalan, volume besar hidrokarbon yang tidak sepenuhnya terbakar sampai akhir (dari arena ke parafin). Kedua, nitrogen (N2) dari udara dan kotoran yang terkandung dalam bensin - belerang, dll terlibat aktif dalam proses pembakaran, pada gilirannya, emisi nitrogen oksida (NOx) menyebabkan hujan asam, kabut asap, dan lubang ozon yang sekarang terbentuk di mana-mana.Tidak kurang berbahaya bagi kesehatan manusia dan semua makhluk hidup adalah hasil samping pembakaran yang mengandung senyawa sulfur. Di sini, kami mencatat bahwa di AS, perhatian khusus dalam memerangi masalah difokuskan pada konsentrasi NOx dalam gas buang, yang dihasilkan dari penguraian sinar matahari di bawah pengaruh kabut fotookimia California yang terkenal.

Catalytic Converter

Seperti yang Anda tahu, sekali lagi dari kurikulum sekolah, katalis adalah zat yang mempercepat reaksi kimia, tetapi tidak masuk ke dalamnya. Logam mulia dapat berfungsi sebagai contoh yang sangat baik. Pengonversi katalitik tiga komponen dengan komposisi paladium (Pd), platinum (Pt), dan rhodium (Rh) menutupi sarang lebah keramik dengan lapisan tipis. Selain itu, total luas permukaan sel-sel tersebut rata-rata mencapai 20.000 meter persegi. (!) Area yang begitu mengesankan membantu meningkatkan kontak gas buang dengan logam mulia, yang, per satu konverter, hanya membutuhkan 2-3 g. Unit dengan konverter membakar sisa karbon monoksida dan menguraikan sebagian hidrokarbon yang tidak terbakar menjadi karbon dioksida dan air. Oksida NOx yang berbahaya untuk nitrogen atmosfer mengembalikan rhodium.

Temperatur kerja catalytic converter adalah 400-800 ° C, jadi bagian internal dari desain unit terbuat dari keramik yang stabil secara termal - silikon karbida atau cordierite. Masalah yang selalu dihadapi oleh para insinyur adalah menentukan lokasi optimal konverter. Faktanya adalah bahwa untuk mencapai rezim suhu operasi, yang terakhir membutuhkan waktu, dan motor dingin memancarkan campuran praktis yang tidak diobati ke atmosfer. Pertanyaannya adalah apakah menempatkan konverter lebih dekat ke motor, di mana ia akan lebih cepat panas, atau lebih dekat ke knalpot, di mana perangkat akan beroperasi dalam rezim suhu yang lebih lembut.

Sebagian besar mobil modern dilengkapi dengan sistem netralisasi, dan dalam hal ini, Anda tidak boleh meninggalkan mobil di atas rumput dengan rumput kering - rumah konverter, yang dipanaskan setelah perjalanan, dapat menyebabkan peradangan rumput dengan konsekuensi yang memperburuk. Juga tidak disarankan untuk menghidupkan mesin dengan metode penarik, karena ini dapat menyebabkan bahan bakar masuk ke konverter, selanjutnya meledak, disertai dengan perusakan sel-sel keramik.

Adsorpsi nitrogen oksida

Konverter LNT (Lean NOx Trap) adalah salah satu contoh sistem modern yang dirancang untuk menangani nitrogen oksida dalam gas buang mesin diesel. Akumulasi oksida di rumahan difasilitasi oleh adsorben - barium oksida atau yang lainnya. Pada saat konverter terisi penuh, komputer memberikan perintah untuk memperkaya campuran udara-bahan bakar yang memasuki ruang pembakaran. Sepintas, ini gila, karena campuran di mana ada banyak bensin dan sedikit udara secara tajam meningkatkan konsentrasi karbon monoksida beracun di knalpot. Pada kenyataannya, semua hasil dalam skenario yang sedikit berbeda: di dalam konverter LNT, karbon monoksida bereaksi dengan nitrogen oksida, membusuknya menjadi nitrogen N2 molekul yang benar-benar tidak berbahaya dan karbon dioksida yang tidak berbahaya. Pada saat konverter sepenuhnya dibersihkan dari NOx, mesin kembali ke operasi normal.Seperti yang Anda pahami, tidak benar untuk berbicara tentang efektivitas biaya pengayaan ulang campuran secara berkala, tetapi jika kita berbicara tentang prioritas seperti lingkungan yang bersih, dimasukkannya komponen-komponen ini dalam siklus kerja dapat dibenarkan.

Apa itu penyelidikan lambda Netralisasi yang

efektif menyiratkan konsentrasi oksigen yang optimal. Jika campurannya habis secara berlebihan, mis. Ada kekurangan bahan bakar karena udara yang ada, maka konsentrasi NOx dalam gas buang meningkat. Pengayaan campuran dalam kondisi ini tidak akan disertai dengan kehabisan bahan bakar, dan konsentrasi karbon monoksida dan hidrokarbon non-teroksidasi dalam gas buang akan meningkat. Untuk menjaga keseimbangan oksigen yang optimal, probe lambda digunakan - sebuah sensor yang memonitor level oksigen di manifold buang engine.

Jika koefisien udara berlebih, yang merupakan rasio volume udara terhadap volume campuran λ> 1, maka campurannya “buruk”, jika λ <1 - diperkaya. Probe lambda adalah sejenis sel bahan bakar dengan elektroda platinum dengan elektrolit zirkonia. Salah satu elektroda sensor berkomunikasi dengan udara luar yang mengandung zat pengoksidasi (oksigen), dan elektroda lainnya dengan gas buang. "Bahan bakar" untuk sel adalah bensin yang tidak terbakar. Ketika campuran diperkaya, tegangan pada sensor meningkat, yang berfungsi sebagai sinyal ke komputer untuk memberikan perintah untuk memiskinkan campuran.


_{- — . , . , . , O2 , . , . ( ), , .}





Nitrogen sangat lembam, dan agar dapat memasukkan reaksi yang diinginkan, ia harus dikompresi dengan kuat atau dipanaskan. Baik kondisi pertama dan kedua dipenuhi dalam silinder mesin diesel (untuk unit bensin ini tidak relevan, karena rasio kompresi jauh lebih rendah). Dengan menurunkan suhu di dalam silinder, adalah mungkin untuk mengurangi konsentrasi nitrogen oksida dalam gas buang. Sistem resirkulasi gas buang EGR menangani fungsi ini, modifikasi pertama yang dipasang kembali pada tahun 1970-an pada transportasi angkutan diesel di Amerika Serikat. Menggunakan katup khusus, gas buang dicampur dengan udara buang dan dikirim kembali ke silinder. Gas inert mengambil bagian dari panas yang menyertai pembakaran campuran, sebagai akibatnya suhu di ruang pembakaran menurun.

Injeksi Urea

Ketika standar lingkungan menjadi milik mereka sendiri, urea datang untuk menyelamatkan. Nitrogen oksida direduksi menjadi nitrogen molekul dengan bereaksi dengan amonia (NH3). Hal lain adalah Anda tidak dapat menyimpan gas beracun di atas pesawat. Sebagai alternatif penyimpanan amonia, insinyur kimia mengusulkan penggunaan urea ((NH2) 2CO), yang disuntikkan dalam bagian terpisah ke dalam saluran pembuangan kendaraan. Dalam "tandem" dengan gas buang, urea memasuki penetral khusus, di mana ia dikonversi menjadi amonia, yang diperlukan untuk dekomposisi NOx menjadi nitrogen dan air. Teknologi yang dideskripsikan disebut Selective Catalytic Reduction (SCR), dan kata "urea" dalam teknologi ini, yang tidak nyaman untuk pendengaran kita, digantikan oleh AdBlue yang nyaring. Meskipun, jika Anda melihat, AdBlue hanya 32,5% murni (NH2) 2CO dalam air suling.

Seperti yang Anda lihat, standar lingkungan ternyata menjadi insentif yang kuat dalam menciptakan seluruh arah industri kimia, dan pemilik mesin diesel urea harus mengisi bahan bakar mobil dengan bahan bakar diesel dan AdBlue, konsumsi yang sangat mencolok dan berjumlah 6% dari jumlah bahan bakar yang digunakan.


_{Sebelum bagian gas buang kembali ke silinder, ia harus didinginkan, untuk itu sirkuit pendingin cair dan sirkuit udara dapat digunakan, atau keduanya sekaligus. Ilustrasi menunjukkan sistem daur ulang truk Scania.}

Filter partikulat diesel

Netralisasi dengan standar yang diterima tidak hanya membutuhkan campuran gas dari gas buang, tetapi juga partikel padat. Justru partikel mikroskopis seperti jelaga, mulai dari ukuran 10 hingga 1 μm, yang terlempar keluar saat akselerasi truk KamAZ yang kelebihan beban yang akrab bagi kita semua. Pemandangan yang tidak asing. Orang dapat membayangkan efek "penyembuhan" yang diakibatkan oleh kabut asap yang sangat intensif ini pada paru-paru kita. Jelaga di knalpot, seperti NOx, terutama merupakan masalah bagi mesin diesel, karena bahan bakar diesel adalah fraksi yang agak berat dari minyak yang mengandung senyawa tak jenuh. Ini berkontribusi pada fakta bahwa konsentrasi karbon dalam bahan bakar diesel lebih tinggi daripada dalam bensin, yang berarti bahwa lebih banyak jelaga akan dipancarkan selama pembakaran.

Untuk mengatasi masalah memungkinkan keramik tahan suhu tinggi. Ini berfungsi seperti ini. Hingga titik tertentu, filter keramik khusus DPF (Diesel Particulate Filter) mengadsorpsi jelaga dari gas buang, dan setelah akumulasi ke batas tertentu, mesin dialihkan ke mode operasi khusus di mana suhu gas dalam sistem pembuangan naik tajam hingga 600 ° C, yang, dengan mempertimbangkan sistem yang tersedia oksigen memungkinkan jelaga teroksidasi, dan kemudian dibawa keluar melalui pipa knalpot. Agar tidak mengekspos DPF terhadap efek merusak suhu tinggi, beberapa produsen melapisi permukaan keramiknya dengan lapisan tipis platinum, yang bertindak sebagai katalis. Insinyur PSA (Peuqeot-Citron) mengusulkan penambahan aditif serium (Ce) ke bahan bakar diesel,yang mengurangi suhu oksidasi jelaga menjadi 450 ° C. Dan ini cukup sebanding dengan suhu gas buang biasa. Di negara-negara di mana standar Euro-5 beroperasi, sejak 2011 filter DPF telah dipasang pada semua kendaraan diesel.

Hibrida bertegangan rendah

Semakin sulit bagi pemilik kendaraan dengan mesin bertenaga hidrokarbon untuk memeras solusi teknologi yang ada ke dalam kerangka kerja yang terus-menerus memperketat standar lingkungan. Tren saat ini semakin menentukan transisi ke solusi hybrid. Salah satunya berdasarkan sirkuit hibrida tegangan rendah (48V) diusulkan oleh Bosch. Dan sistem bertegangan rendah seperti itu dalam waktu dekat akan memungkinkan "hibridisasi" banyak model mobil yang ada.

Meskipun daya tarik inovasi yang diusulkan oleh para insinyur dari sudut pandang efek lingkungan, biaya akhir dari mesin pembakaran internal, dan mobil itu sendiri, "dibebani" dengan teknologi hijau, cukup meningkat secara signifikan. Oleh karena itu, jika tren yang dijelaskan berlanjut, di masa mendatang penggunaan mesin pembakaran internal dengan latar belakang mempopulerkan dan peningkatan infrastruktur kendaraan listrik hanya akan menjadi tidak efektif.

---

Itu saja, dengan Anda ada layanan sederhana untuk memilih peralatan Dronk.Ru yang kompleks  . Jangan lupa untuk berlangganan ke blog kami  , akan ada banyak hal yang lebih menarik ... Sponsor pos adalah layanan cashback  LetyShops . Mengembalikan uang untuk setiap pembelian di Internet. Baca lebih lanjut tentang layanan cashback di artikel kami.  Pilih layanan cashback untuk ulang tahun ke-6 Aliexpress.

Source: https://habr.com/ru/post/id394073/